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半导体

深入研究通信需求 加快智能电网标准化建设

国网电力科学研究院信息通信技术分公司副总工程师汪晓岩



 



自美国奥巴马政府提出智能电网(SmartGrid)战略以来,“SmartGrid”一词已经风靡全球。到目前为止,智能电网并没有统一的定义,各国根据本国国情逐渐确定了相应的智能电网的概念、侧重点和发展方向。中国的国家电网公司在2009年5月宣布了“坚强智能电网”计划,并提出了该计划的三个发展阶段。

中国智能电网建设分三个阶段
●2016年-2020年,中国将全面建成统一的坚强智能电网,技术和设备达国际先进水平。
●通信技术、传感器技术和信息技术是智能电网建设的基础。

在2009年特高压输电技术国际会议上,国家电网公司正式对外界公布了该公司的“坚强智能电网”计划。2010年,国家电网公司建设坚强智能电网的总体目标是“一完善、两完成、五突破、五深化”。“一完善、两完成、五突破、五深化”是指完善国家电网公司智能电网工作体系;完成国家电网智能化规划和支撑智能电网试点工程的关键标准制定;实现智能电网调度技术支持系统、智能变电站、电动汽车充电设施、用电信息采集系统、“多网融合”等五项试点工程建设的突破;深化设备研制、专题研究、商业模式、管理创新、宣传交流等五个方面的工作。
2009年5月,国家电网公司宣布了“坚强智能电网”计划。该计划分为三个阶段:2009年~2010年为规划试点阶段,重点开展“坚强智能电网”发展计划,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制,开展各环节试点;2011年~2015年是全面建设阶段,将加快特高压网和城乡配电网建设,初步形成智能网运行控制和互动服务体系,关键技和装备实现重大突破和广泛应用;2016年~2020年为引领提升阶段,将全面建成统一的坚强智能电网,技术和设备达到国际先进水平。
智能电网建设将覆盖发电、输电、配电和用电等电力生产全过程,每个环节都有若干关键技术。发电侧要关注新能源接入、竞价优化发电以及电厂选址优化等问题,缓解能源地域分配不均、能源结构不合理的问题;输电侧则关注输电网智能规划、线路的状态监测和评估、智能调度,保证输电网的安全稳定运行、降低线损;变电主要关注数字化变电站的自动化、监控、标准化等内容;配电侧关注配网自动化、营配一体化,提高用电可靠性;用电侧要建立用户和电网的信息交互机制,实现智能化用电;调度主要是实现在调度支持平台的辅助下对电网进行监控,继而实现优化调度。
通信技术、传感器技术、信息技术是智能电网建设的基础。因此,发展智能电网要深入研究智能电网各个环节的通信需求,研制下一代电力专用的智能化光传输系统、电力专用无线宽带通信系统、电力通信通道加密装置和面向智能变电站应用的系列化工业以太网交换机,建设和完善大容量、高速实时、具有时间同步能力、具有业务感知能力的下一代电力光传输骨干传输网络,建设国调、华北、华中、华东四个通信枢纽中心。同时,要研制智能配用电一体化通信系统及无源光网络等核心通信设备、基于IP网络化的载波组网通信装置、配电工频通信设备、智能家庭网络(HAN)通信设备和电力专用通信控制芯片,有效运用无源光网络(PON)、电力线载波、无线等接入通信技术,以公众通信网为补充,建设配电和用电环节通信网络。此外,要研究和建设天地互补的智能电网时间统一系统及电力通信网智能化管理系统,建成满足“三华”同步电网需求的安全可靠的电力通信广域同步网,推进各级通信综合网管系统建设和互联互通。

中国首批智能电网标准陆续出台
●美国NIST公布了77个智能电网标准,涉及7个领域。
●中国首批智能电网标准达30多个,预计在2009年~2010年出台。

在大规模建设智能电网之前,制定智能电网标准体系是首要的任务。美国国家标准技术研究院(NIST)认识到紧迫性,推出了三阶段计划。该研究院在2009年5月发布了首批16个与智能电网相关的标准名单,随后根据公众的反馈意见,又补充了15个标准。到2009年9月第一阶段计划结束时,又有46个标准也被确定下来,因此到目前为止,美国国家标准技术研究院已经公布了77个适用于智能电网的标准。
智能电网标准将会覆盖整个电网。由于智能电网系统是一个非常复杂的系统,制定标准时需要理解它的主要组成部分以及它们之间的相互关系和互操作性的接口特性,并制定网络安全策略。
目前,NIST的智能电网标准体系涉及了7个领域(发电、输电、配电、市场、运营、服务商和客户),用于规范智能电网以下行为特征:1.充分利用数字信息和控制技术,提高电网的可靠性、安全性和效率;2.动态优化电网的运行和资源;3.部署和整合包括可再生资源在内的分布式发电;4.部署和管理需求响应,需求侧资源和能效资源;5.部署计量和通信智能化技术,监控输电和配电运行状态;6.集成智能应用和消费类设备;7.部署和集成先进的电力储存和调峰技术,包括插入式电动汽车、混合动力电动汽车和蓄热空调;8.提供及时信息和控制选项。
我国也在积极制订自己的智能电网标准体系。2009年6月,在国家电网科技部等部门的共同组织下,由中国电力科学研究院和国网电力科学研究院牵头,集合了100多名行业专家、技术人员开始着手制订智能电网标准体系。首批智能电网标准达30多个,预计2009年~2010年出台。
未来,智能电网最终将需要数百个标准,目前,规划中最迫切需要制订标准的优先领域有:需求响应和消费能源效率、广域态势感知、储能、电力交通、先进计量基础设施、配电网管理、网络安全、网络通信等。

各国智能电网建设各有侧重

欧洲于2005年启动了Smart Grids Technology platform,其中包括Network Assets(网络资产)、Network Operations(网络运行)、Demand&Metering(需求与计量)、Generation&Storage(发电与储能)4个工作组。欧洲智能电网建设体现在市场、安全与电能质量、环境等三方面。提高运营效率、降低电力价格、加强与客户互动成为欧洲智能电网建设的重点之一。
美国电科院(EPRI)从2002年开展电能和通信系统框架整合项目研究,18个月后,项目正式命名为智能电网框架。这是世界上第一个智能电网框架研究,它使EPRI在智能电网领域研发迈开了坚实的一步。美国智能电网的技术概念是:综合应用现代通信、计算、控制等技术的电网能够持续不断地适应各种正常操作和运行方式调整的优化运行,并能主动预测和应对电网扰动。其内容涉及分布式发电、可再生能源、电力电子应用、电力市场、大系统安全稳定分析、控制、大系统优化、配网自动化、广域信息测量、传输等。
中国智能电网是以物理电网为基础,即以特高压电网为骨干网架,各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求,优化资源配置,确保电力供应的安全性、可靠性和经济性,满足环保要求,保证电能质量,适应电力市场化发展等为目的,实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。



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